INTENSIDAD DE CORTOCIRCUITO

Vamos a estudiar la intensidad o corriente de cortocircuito (Icc), qué es, que produce, cómo se calcula su valor en un punto, normativa y legislación, cálculos para sección y poder de corte de los elementos de protección y ejercicios resueltos.

Los circuitos eléctricos están diseñados para permitir que solo fluya una cantidad limitada de corriente por ellos.

La limitación de la corriente se calcula en función de las resistencia o impedancia (resistencia) de la carga a la que está conectada.

Si la resistencia o impedancia total del circuito se convierte en un valor muy pequeño, por ejemplo por un cortocircuito como luego veremos, entonces, según la ley de Ohm, una corriente anormalmente alta fluirá a través del circuito, llamada corriente de cortocircuito, intensidad de cortocircuito o incluso corriente de fallo.



Se produce un cortocircuito cuando parte de un conductor que lleva corriente toca otro cable o parte del circuito y en este caso, la corriente sigue un camino de menor resistencia que la habitual ya que no pasa por el receptor o la carga.

Como su propio nombre indica el circuito se acorta recorriendo la corriente una distancia menor que la del cableado del circuito establecido inicialmente.

Por ejemplo, si tenemos un circuito eléctrico con una lámpara o bombilla alimentada por 2 cables eléctricos, si por algún motivo se unieran los cables antes de llegar a la lámpara, la corriente fluirá por los cables sin llegar al receptor y la única resistencia que se encontraría sería la de los propios conductores.

Un cortocircuito eléctrico es la causa más común de incendios accidentales en edificios domésticos, comerciales e industriales.

Si tenemos en cuenta la Ley de Ohm que dice que la intensidad o corriente eléctrica por un circuito es la tensión dividido entre la resistencia:

I = V / R

Como en el caso del cortocircuito la resistencia electrica será muy pequeña, ya que la única resistencia que se encuentra la corriente a su paso es la de los conductores.

Al ser tan pequeña la resistencia, según la Ley de Ohm, la intensidad será enorme, de 5 a 20 veces mayor que la normal, provocando que los conductores se calienten en exceso, incluso se quemen con daños en la instalación o sobre las personas.

Para saber más sobre los cortocircuitos: Cortocircuito

Cuando se calcula la sección de los cables eléctricos para una instalación, se calcula teniendo en cuenta la máxima intensidad que puede circular por el cable conductor sin que se caliente en exceso.

Esta máxima intensidad es la calculada para la intensidad habitual o nominal que circulará por el circuito con sus receptores en marcha.

En caso de un cortocircuito en la instalación esta intensidad será mucho mayor, lo que hace que los conductores no soporten el calor generado por la gran intensidad en el cortocircuito y por ese motivo se quemarán.

Los conductores tienen una Icc máxima que pueden soportar en un cierto tiempo, Icc que luego veremos como se calcula.

Para no llegar a esto, debemos de poner en la instalación elementos de protección que sean capaces de cortar la corriente en caso de que sea muy alta (más alta que la nominal) y en un tiempo máximo que no le de tiempo a los cables a calentarse y quemarse en caso de circular por ellos esta corriente de cortocircuito.

Normalmente se utilizan Interruptores Automáticos Magnetotérmicos, también llamados PIAS (pequeños interruptores automáticos) o fusibles.

Para hacer esta protección y elegir el magnetotérmico adecuado de protección, es imprescindible conocer la corriente de cortocircuito que este magnetotérmico tendrá que cortar y el tiempo que tardará en cortarla.

La determinación de la corriente máxima de cortocircuito en un punto del circuito determinará el poder de corte -PdC- de los interruptores automáticos magnetotérmicos.

El PdC siempre debe ser mayor que la Icc en el punto donde se instale el Interruptor Magnetotérmico. PdC = Corriente máxima que es capaz de cortar el magnetotérmico.

Como ves, en una instalación eléctrica es importante conocer la corriente de cortocircuito que puede circular por un circuito de la instalación en un momento determinado y el tiempo que tardará el dispositivo de protección en cortarla sin que se calienten los conductores en exceso (Icc de los conductores).

Veamos que dice la Normativa y Legislación vigente para estos casos y como cumplirla.

- En el REBT en si ITC 22 nos dice:

En el origen de todo circuito se establecerá un dispositivo de protección contra cortocircuitos cuya capacidad de corte estará de acuerdo con la intensidad de cortocircuito que pueda presentarse en el punto de su conexión.

Se admite, no obstante, que cuando se trate de circuitos derivados de uno principal, cada uno de estos circuitos derivados disponga de protección contra sobrecargas, mientras que un solo dispositivo general pueda asegurar la protección contra cortocircuitos para todos los circuitos derivados.

Esto lo que significa es que con que el interruptor general automático (IGA) tenga el poder de corte mayor que la corriente de cortocircuito calculada en el punto donde va instalado, es suficiente, no es necesario que las PIAS tengan poder de corte mayor a la Icc, aunque si es recomendable.

Se admiten como dispositivos de protección contra cortocircuitos los fusibles calibrados de características de funcionamiento adecuadas y los interruptores automáticos con sistema de corte omnipolar (que corte todos los cables).

Para viviendas se utiliza siempre magnetotérmico, ya que además de proteger contra cortocircuitos, nos protege contra sobrecargas de cualquier otro tipo.

Para las instalaciones industriales podemos utilizar magnetotérmicos, fusibles o lo más común, un relé térmico asociado al Interruptor Automático.

- Además en la ITC 017 del REBT nos dice que el poder de corte para el Interruptor General Automático de Cualquier Instalación deberá de ser como mínimo de 4.500A.

Los demás Interruptores Automáticos y Diferenciales, deberán resistir las intensidades de cortocircuitos que puedan presentarse en el punto de su instalación. Normalmente todos los automáticos PIAs suelen tener poder de corte superiores a los 5.000A.

Por otro lado, la norma UNE20460-4-43 indica que el tiempo de corte de cualquier corriente resultante de un cortocircuito que se produzca en un punto cualquiera del circuito no debe ser superior al tiempo en el que la temperatura de los conductores tarda en alcanzar el límite admisible.

Esta tiempo será como máximo 5 segundos. Normalmente este tiempo en los elementos de corte suele estar entre un mínimo de 0,1 y un máximo de 5 segundos.

Si lo calculamos para 5 segundos ya cumplimos la normativa por ser el máximo, aunque podemos poner el tiempo exacto de nuestro elemento de corte.

El criterio de la Icc para el calculo de la sección de los conductores en BT del interior de una vivienda o local no suele ser determinante para el dimensionado o sección final del conductor, por ese motivo normalmente solo se calcula la sección de los conductores teniendo en cuenta el criterio de máxima intensidad y caída de tensión.

Aunque no sea determinante es importante comprobar que el conductor con su elemento de protección cumple con la normativa, como luego veremos. Para saber más sobre calculo de sección visita: calculo sección cables

- En la ITC 07 en el punto 3.2 se establecen las Icc máximas admisibles en función del tiempo de duración del cortocircuito.

Recuerda: El 100% de los incendios provocados por un cortocircuito eléctrico se debe a un conocimiento deficiente de un electricista o su descuido.

Después de lo visto hasta ahora podemos responder a la siguiente pregunta...

¿Por qué es necesario calcular la corriente de cortocircuito? Para garantizar que los dispositivos de protección abran los circuitos de la instalación, antes de que se produzcan daños peligrosos por calentamiento de los conductores.

Cálculos de la Intensidad de Cortocircuito

Los conductores eléctricos, cuando son atravesados por una corriente eléctrica, tienen un resistencia que se opone a ella.

En corriente alterna esta resistencia es un conjunto de 2 diferentes, una resistencia pura (R) y una reactancia inductiva o inductancia (XL).

Al conjunto de estas dos resistencias es a lo que se llama impedancia (Z). Normalmente se desprecia la XL para facilitar los cálculos, dando así resultados muy aproximados y válidos en la mayoría de las instalaciones, como luego veremos.

Para saber más sobre esto: circuitos de corriente alterna.

Empezaremos con los cálculos de la corriente de cortocircuito más sencillas. Caso en el que no conocemos la impedancia que hay antes del elemento de protección.

Esta forma es la que se suele utilizar para calcular las Icc en los cuadros de protección de las viviendas, es decir, la del IGA y las diferentes PIAs de cada circuito.

Para estos casos, el REBT en su Guía Técnica de Aplicación Anexo 3 dice:

Como generalmente se desconoce la impedancia del circuito de alimentación a la red (impedancia del transformador, red de distribución y acometida) se admite que en caso de cortocircuito la tensión en el inicio de las instalaciones de los usuarios se puede considerar como 0,8 veces la tensión de suministro.

Se toma el defecto o cortocircuito fase-tierra como el más desfavorable, y además se supone despreciable la inductancia de los cables.

Esta consideración es válida cuando el Centro de Transformación, origen de la alimentación, está situado fuera del edificio o lugar del suministro afectado, en cuyo caso habría que considerar todas las impedancias.

Por lo tanto se puede emplear la siguiente fórmula simplificada

Icc = (0,8 x V) / R; Ley de ohm.

Donde:

- Icc intensidad de cortocircuito máxima en el punto considerado
- U tensión de alimentación fase neutro (230 V)
- R resistencia del conductor de fase entre el punto considerado y la alimentación.

Normalmente el valor de R total deberá tener en cuenta la suma de las resistencias de los conductores entre la Caja General de Protección y el punto considerado en el que se desea calcular la Icc, por ejemplo, el punto donde se emplaza el cuadro con los dispositivos generales de mando y protección de la instalación (IGA, Diferencial y PIAs).

Para el cálculo de R se considerará que los conductores se encuentran a una temperatura de 20ºC, para obtener así el valor máximo posible de Icc.

Ahora el Ejemplo, pero antes de resolverlo recordemos como es la instalación típica de enlace en las viviendas con los contadores centralizados. Recuerda que la Icc a la entrada de una vivienda se suele calcular desde el punto 3 (CGP) del edificio, hasta el punto 12 (caja de protecciones en el interior de la vivienda)



Ejemplo: Se desea calcular la intensidad de cortocircuito en el cuadro general de una vivienda (punto 12 del esquema anterior) con grado de electrificación básico.

Dicha vivienda está alimentada por una Derivación Individual (DI) de 10mm2 de cobre (8 en el esquema) y de longitud de 15 metros. Además se conoce que la Línea General de Alimentación (LGA) tiene una sección de 95 mm2, y una longitud entre la Caja General de Protección del edificio (CGP, punto 3) y la Centralización de Contadores de 25 metros.

Se comienza por el cálculo de la resistencia de fase de la LGA (Línea General de Alimentación) y de la DI (derivación individual).

- R(DI) = ρ L(DI)/ S(DI) = (0,018Ωmm2/m x 15 x2 m)/10mm2= 0,054Ω

- R(LGA) = ρ L(LGA) /S(LGA) = (0,018Ωmm2/m x 25 x 2 m)/95mm2= 0,0095 Ω

Resistencia Total = R(DI) + R(LGA) = 0,0635 Ω

Nota: la resistividad del cobre a 20 ºC se puede tomar como

ρ ≈0,018 Ω mm2/m.

En caso de conductores de aluminio se puede tomar también para 20ºC,

ρ ≈0,029 Ω mm2/m.

Icc = 0,8 U / R = 0,8 (230/0,0635) = 2.898 Amperios. Icc de la Instalación en el punto inicial de la vivienda.

Esta corriente es la Icc máxima que se producirá en la vivienda.

OJO Recuerda que para el IGA de la vivienda será de 4.500A como mínimo según el REBT. Para nuestro caso es menor, pero elegiremos 4.500A.

Ya sabemos la Icc que debe cortar nuestro IGA y nuestros elementos de protección como las PIAs.

Estos deberán tener un poder de corte de 4.500A como mínimo para el IGA y de 2.898A para el resto, aunque normalmente el poder de corte de las PIAs que se venden suele ser de 6.000A y es el que se suele poner siempre en los cuadros de protección.

En la instalación aguas arriba del cuadro la máxima Icc (la que protege el cuadro) que puede llegar a tener siempre es la de este punto.

Cualquier otro punto más interior de la instalación tendrá menor Icc porque hay más cable.

Ahora comprobemos la intensidad de cortocircuito que soportan nuestros cables con su sección.

¡¡¡OJO!!! Con esta Icc podemos calcular solo la sección de los cables aguas abajo del IGA. Aguas arriba la Icc será menor porque hay más cable y más resistencia.

Calculo de la Sección de los Cables por el Método de la Icc

La Icc de un conductor viene determinada por la siguiente fórmula:

Icc = k x S / √t

donde:

t = es el tiempo de duración en segundos. Mínimo 0,01segundos normalmente, máximo 5 segundos. Yo suelo utilizar 0,10s para los interruptores automáticos y 5s para los fusibles.

k = constante que depende d la naturaleza del conductor.

Para el cobre, los valores de k son de 115 para conductores aislados con material termoplástico (PVC) y 143 para conductores aislados con material termoestable (XLPE,EPR, Siliconas, etc.).

S = es la sección del conductor en milímetros cuadrados.

Icc = es la intensidad de cortocircuito efectiva admisible por el cable en amperios.

Y además se tiene que cumplir:

Icc que soporta el cable > Icc de la instalación

Ejemplo: Calculemos la Icc que aguantaría un cable de cobre con aislamiento de XLPE de 6mm2 para un tiempo de corte de 0,1 segundos para la Derivación Individual.

Icc del cable = (143 x 6)/√5 = 383,72A

Imagina que este conductor fuera la LGA del ejercicio anterior, este conductor no aguantaría la Icc de la instalación anterior.

¿Qué hacemos?.

Tenemos 2 soluciones. Ampliar la sección del conductor hasta que salga una Icc menos de 2.898A, que es la de la instalación, o elegir un magnetotérmico con un tiempo de corte menor de 5 segundos. OJO también puede ser una mezcla de las 2.

Ponemos una sección de 25mm2 y un magnetotérmico con un tiempo de corte de 0,1segundo. Veamos que sale:

Icc del cable = (143 x 25) / √0,1 = 3.575 / 0,31 = 11.532A. Ahora si que sale mucho mayor que la Icc de la instalación.

¿Qué es lo que se suele hacer en la Práctica?

Para no andar tanteando, se suele calcular la sección mínima de la fórmula anterior con un tiempo de 0,1 segundo para magnetotérmicos y 5 segundos en fusibles. Veamos en nuestro ejemplo primero, con un cable de 6mm2.

Despejando la sección de la fórmula de la Icc para cables:

Sección mínima = (Icc x √t) / K

S = (2.898A x √0,1) / 143 = 916,42 / 143 = 6,40A. Si hubiéramos elegido para 6mm2 deberíamos ampliar la sección a la siguiente normalizada superior a 6mm2, en nuestro caso valdría con un conductor de 10mm2.

Este método se utiliza para calcular secciones de la LGA, las Derivaciones individuales y las instalaciones de exterior, como suelen ser las de Alta y Media Tensión.

Pero...¿Qué ocurre en las instalaciones interiores?

Para los cables interiores de la vivienda no calculamos la sección por este método por no ser determinante.

Normalmente la sección de los cables en viviendas ya viene determinada por el REBT en tabla 1 del REBT-ITC 025.

Con esas secciones y los PIAs que se ponen que suelen ser con un PdC de 6.000A no habrá problema, ya que con los tiempo de corte normales de un PIA, en caso de cortocircuito, suele ser milisegundos con lo que la instalación está protegida y por eso no es relevante para estos casos.

Para el resto de instalaciones interiores tampoco suele utilizarse el método de la Icc para comprobar la sección del cable ya que ocurre lo mismo que en viviendas.

Cuando no son viviendas no está de más comprobar la Icc al final de la línea y comprobar si el tiene una Icc mayor que la de la línea en el punto final. Esta Icc al final de la línea se llama Intensidad de Cortocircuito Mínima.

¿Cual será la máxima? Pues está claro la calculada para el IGA, al principio del circuito.

Luego veremos más sobre esto.

Para todos estos casos si que es obligatorio calcular la sección de los conductores por caída de tensión e intensidad máxima admisible.

Ver calculo sección cables.

Sigamos con otro ejemplo de Icc y sección de cables.

Otro Ejemplo.

Una Línea General de Alimentación (LGA) tiene una sección de 95mm2 de cobre y una longitud entre la CGP y la Centralización de Contadores de 25 metros.

Calcular la intensidad de cortocircuito que puede presentarse en la Línea y la Intensidad de cortocircuito que puede soportar el conductor si está aislado con material termoestable.

Suponer el tiempo de desconexión de la protección contra cortocircuitos de 0,2 segundos.

Solución:

La conductividad del cobre a 20ºC es de 58.

RLGA = ILGA / (conductividad x SLGA) = (2 x 25) / (58 x 95) = 0,0091Ω

La Icc de la instalación será = 0,8 x 230/0,0091 = 20.220A

Ahora calculamos la Icc máxima admisible por el cable:

Icc cable = 143 x 95 / √0,2 = 30.377A

Vemos que la Icc admisible por el cable es superior a la de la instalación, lo que quiere decir que todo es correcto.

Esté método explicado aquí es el método simplificado, para los casos en que no pudiéramos despreciar la parte inductiva de la impedancia de los conductores y aparatos, es decir, que no podamos utilizar solo la resistencia para el calculo de la Icc como hasta ahora.

Recuerda que una línea eléctrica se puede simplificar de la siguiente forma:



Una red simplificada se reduce a una fuente de tensión alterna constante, un interruptor, una impedancia Zcc, que representa todas las impedancias situadas aguas arriba del interruptor, y una impedancia Zs de la carga.

Tendríamos que calcular este circuito para calcular la Icc. Para estos casos es necesario conocer el calculo de circuitos en corriente alterna. Solo suele utilizarse en Media y Alta tensión.

Corrientes de cortocircuito máximas

Estas corrientes corresponden a un cortocircuito en los bornes de salida del dispositivo de protección, considerando la configuración de la red y al tipo de cortocircuito de mayor aporte.

En general, en las instalaciones de baja tensión el tipo de cortocircuito de mayor aporte es el trifásico.

Estas corrientes se utilizan para determinar:

- El Poder de Corte y de Cierre de los interruptores.

- Los esfuerzos térmicos y electrodinámicos en los componentes.

Corrientes de cortocircuito mínimas

Estas corrientes corresponden a un cortocircuito en el extremo del circuito protegido, considerando la configuración de la red y al tipo de cortocircuito de menor aporte.

En las instalaciones de baja tensión los tipos de cortocircuito de menor aporte son el fase-neutro (circuitos con neutro) o entre dos fases (circuitos sin neutro).

Estas corrientes se utilizan para determinar:

- El ajuste de los dispositivos de protección para la protección de los conductores frente a cortocircuito.

Por último las corrientes de cortocircuito fase-tierra, se utilizan para elegir los dispositivos de protección contra los contactos eléctricos indirectos, y para diseñar los conductores de tierra de protección o puesta a tierra.

Tipos de Cortocircuitos y Fórmulas





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